大功率IGBT模块变流器功率组件测试方案

一、大功率IGBT变流器功率组件双脉冲实验
1.1 IGBT双脉冲实验目的
1、通过实验获取IGBT驱动板及 IGBT模块的主要动态参数，如延时、上升、下降时间、开关损耗等；
2、通过实验获得功率组件设计中滤波电容、吸收电容、复合母排等部件的特性；
3、通过实验取得数据确定组件的开通和关断电阻、死区时间等参数。
1.2 实验原理
图 1 为双脉冲测试平台的电路原理图，上管T1 处于关断状态，只有续流二极管工作，通过控制下管T2 的开关动作进行实验。实验平台搭建完成之后，给T2 管门极依次打如如图2 所示脉冲信号。 双脉冲实验工作过程如下：
t0-t1 区间：T2 管导通，直流侧电压加在电感两端，电感电流线性上升，直至t1 时刻T2 管关断；
t1-t2 区间：T2 管关断，电感通过T1 的反并联二极管续流，电感电流缓慢
衰减；
t2-t3 区间：T2 管再次导通，直流侧电压加在电感两端，电感电流线性上升，直至t3 时刻T2 管再次关断。
通过观测T2 管在第二次开关过程中的开通和关断波形，可以测量获得开关管的开通和关断损耗。
由于T2 第二次开通动作中，存在电流由T1 反并联二极管向T1 转移的过程，与开关管在变流器正常运行过程工况基本相同，可以利用其获得续流二极管的反向恢复特性、IGBT 的开通损耗、电压下降/电流上升时间等信息；T2 第二次关断过程中，通过观测T2 上的电压、电流波形，可以获得IGBT 的关断损耗、电压上升/电流下降时间等信息，并可通过关断过压评估复合母排漏感及吸收电容设计的合理性。
1.3 实验仪器
三相调压器、整流桥、电容组、负载电感、MPD 功率组件、示波器、高压差分电压探头、电流探头、可编程信号发生器
1.4 实验方案
实验系统参数：
1、直流侧电压：1100V
2、测试电感：500uH
3、实验电流：300-1800A
电感上电流变化率如下所示：
di /dt = U_dc/ L
可以计算出电流变化率为2.2A/us。实验过程中为了维持在第二次脉冲中，T2 的电流变化较小，采用第二个脉冲宽度固定为20us 的方式。电感电流的调节主要通过调节第一个脉冲的宽度实现。通过测试实验台中DSP 控制板产生可变宽度的两次脉冲。
通过以上的分析，双脉冲实验的重点关注第二次脉冲时T2 的开通和关断过程：
1、IGBT 开通过程重点关注内容：
1）二极管的反向恢复电流的di/dt；
2）二极管的反向恢复电流的峰值；
3）反向恢复后电流是否有震荡，拖尾多长；
4）利用电压和电流波形计算IGBT 开通损耗及二极管的反向关断损耗；
5）利用Us 和IGBT 开通时di/dt，计算杂散电感Ls。
6）依据驱动板延时、IGBT 开通延时等信息确定死区时间和开通电阻。
Us 与di/dt 的读法参考下图所示： 2、IGBT 关断过程重点关注内容：
1）观测Vce 的电压尖峰，评估IGBT 在关断时的安全程度及吸收电容的合理选择；
2）IGBT 的关断损耗；
3）依据驱动板延时、IGBT 关断延时等信息确定死区时间和关断电阻。